CN115987391A - 自由空间光通信方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及FSO通信方法及其通信装置。该方法包括：第一FSO通信装置向第二FSO通信装置发送第一光信号；所述第一FSO通信装置接收来自所述第二FSO通信装置的第二光信号；以及基于所述第二光信号，使用所述第一FSO通信装置内的第一光相控调制器执行以下操作中的至少一者：a)调整所述第一光信号去往所述第二FSO通信装置的光发射方向，或者b)调整所述第二光信号到所述第一FOS通信装置内的第一光接收单元的光入射方向。通过本公开的FSO通信方法，可以以光相控而非机械的方式来实现APT控制。在这种方式下，可以避免机械控制方式所存在的稳定性问题。

Description

自由空间光通信方法及其装置

技术领域

本申请涉及一种光通信领域，更具体地涉及自由空间光通信方法及其装置。

背景技术

自由空间光(Free Space Optical Communication，FSO)系统中光束的传输会受到包括大气湍流波动，安装误差等在内多种因素的影响，从而对应引起接收光束的到达角偏移，光束抖动等现象。因此在接收端接收到的光信号会受到天气，安装精度等因素的影响而产生强度的衰减和波动。为了保证FSO系统链路通信的稳定性，需要采用APT(Acquisition Pointing Tracking，捕获指向跟踪)系统对光束的抖动，偏移进行补偿，保证接收端的光纤耦合效率，减小接收光强的抖动和衰减。

传统的APT一般采用机械控制的方式，利用音圈电机，云台或者压电陶瓷PZT等多种机械单元控制振镜高速偏摆，改变光束传输方向，从而保证FSO接收端耦合进光纤的光信号强度，减小接收端接收光束因湍流影响而对应产生的光束抖动和信号强度抖动衰减。

发明内容

本公开的目的是提供一种改进的FSO通信方法和装置，其可以实现对更为稳定的APT控制。

根据本公开的第一方面，提供了一种第一自由空间光FSO通信装置执行的FSO通信方法。该方法包括：所述第一FSO通信装置向第二FSO通信装置发送第一光信号；所述第一FSO通信装置接收来自所述第二FSO通信装置的第二光信号；以及基于所述第二光信号，使用所述第一FSO通信装置内的第一光相控调制器执行以下操作中的至少一者：a)调整所述第一光信号去往所述第二FSO通信装置的光发射方向，或者b)调整所述第二光信号到所述第一FOS通信装置内的第一光接收单元的光入射方向。

通过本公开的FSO通信方法，可以以光相控而非机械的方式来实现APT控制。在这种方式下，可以避免机械控制方式所存在的稳定性问题，且具有较高的精度。另外，这种方式还助于集成化，小型化。

在一些实施例中，所述第一光信号包括第一信标光和第一信号光，以及所述第二光信号包括第二信标光和第二信号光。在一些实施例中，接收源自于所述第二FSO通信装置的第二光信号包括：经由信号信标分束器对所接收的所述第二光信号进行分束，以形成经分束的第二信标光和第二信号光；以及对经分束的所述第二信标光进行检测。在这些实施例中，可以复用信标光来反馈收端所检测的光束对准偏差量；而信号光可以用于高速的光通信。

在一些实施例中，调整所述光发射方向包括：基于对所述第二信标光的检测，来获得与所述第二FSO通信装置的光接收有关的对端偏差量信息；以及基于所述对端偏差量信息，使用所述第一FSO通信装置内的第一光相控调制器来调整所述第一光信号去往所述第二FSO通信装置的光发射方向。在该些实施例中，借助于所反馈的对端偏差量，第一FSO通信装置可以校正去往所述第二FSO通信装置的光发射方向，这体现了在发端进行APT调整的构思。

在一些实施例中，从第一FSO通信装置向第二FSO通信装置发送第一光信号包括：基于对所述第二信标光的检测，来确定与所述第一FSO通信装置的光接收有关的本端偏差量；将所述本端偏差量调制到所述第一信标光中；将经调制的所述第一信标光与所述第一信号光两者进行组合，以形成所述第一光信号；以及将所述第一光信号经由所述第一光相控调制器发送至所述第二FSO通信装置。在该些实施例中，借助于所反馈的本端偏差量，第二FSO通信装置可以校正去往所述第一FSO通信装置的光发射方向，这也体现了在发端进行APT调整的构思。

在一些实施例中，调整所述光入射方向包括：基于对所述第二光信号中的所述第二信标光的检测，来获得与所述第一FSO通信装置的光接收有关的本端偏差量信息；以及基于所述本端偏差量信息，使用所述第一FSO通信装置内的第一光相控调制器来调整所述第二光信号到所述第一光接收单元的光入射方向。在该些实施例中，可以由作为收端的第一FSO通信装置直接进行光入射方向的调整，从而实现在收端的APT控制。

在一些实施例中，从第一FSO通信装置向第二FSO通信装置发送第一光信号包括：将所述第一信标光和所述第一信号光两者的偏振态进行调整，以形成圆偏的第一光信号；以及将所述圆偏的第一光信号发送至所述第二FSO通信装置。在该些实施例中，巧妙地利用了圆偏光经大气传输仍然保持圆偏的特性。

在一些实施例中，接收所述第二光信号包括：接收源自于所述第二FSO通信装置的作为圆偏光的所述第二光信号；将所述第二光信号转换为线偏的第二光信号；将线偏的所述第二光信号入射至所述第一光相控调制器；以及经由第一光相控调制器来接收线偏的所述第二光信号。在这些实施例中，圆偏光被转换为线偏光，以满足光相控调制器单偏工作的要求。

在一些实施例中，所述信号信标分束器位于所述第一光相控调制器的光路下游，用于接收源自于第一光相控调制器的所述第二光信号。

在一些实施例中，所述第一光信号仅包括第一信标光，以及所述第二光信号仅包括第二信标光。容易理解，当光信号中仅包括信标光的实施例也是可能的，这可以例如在采用信标光进行预对准的FSO通信方案中实施。

在一些实施例中，所述第一光相控调制器是液晶覆硅LCOS。

根据本公开的第二方面，提供了一种第一自由空间光FSO通信装置。该装置包括：第一光发射单元，用于向第二FSO通信装置发送第一光信号；第一光接收单元，用于接收源自于所述第二FSO通信装置的第二光信号；以及第一光相控调制器，其设置于所述第一光发射单元的光路下游，用以基于所接收的所述第二光信号，来调整所述第一光信号的光发射方向；或者设置于所述第一光接收单元的光路上游，用以基于所接收的所述第二光信号，来调整所述第二光信号到所述第一光接收单元的光入射方向。

在一些实施例中，所述第一光信号包括第一信标光和第一信号光，以及所述第二光信号包括第二信标光和第二信号光。

在一些实施例中，在所述第一光相控调制器设置于所述第一光发射单元的光路下游的情况下，所述第一光发射单元包括：第一信号光发射单元，用于发射第一信号光；第一信标光发射单元，用于发射第一信标光；以及合束器，用于合并所述第一信号光和第一信标光，以形成所述第一信号光，并将所述第一信号光入射至所述第一光相控调制器。

在一些实施例中，还包括第一光检测单元，所述第一光检测单元用于基于对所述第二光信号中的第二信标光的检测，以确定与所述第二FSO通信装置的光接收有关的对端偏差量信息；所述第一光相控调制器用于基于所述对端偏差量信息，来调整所述第一光信号去往所述第二FSO通信装置的光发射方向。

在一些实施例中，所述第一光检测单元还用于基于对所述第二光信号中的第二信标光的检测，以确定与所述第一FSO通信装置的光接收有关的本端偏差量；所述第一信标光发射单元用于将所述本端偏差量调制到所述第一信标光中。

在一些实施例中，在所述第一光相控调制器设置于所述第一光接收单元的光路上游的情况下，所述第一光发射单元包括：第一信号光发射单元，用于发射第一信号光；第一信标光发射单元，用于发射第一信标光；以及第一1/4波片，用于将所述第一信号光和第一信标光均转换为圆偏光，以形成圆偏的第一信号光。

在一些实施例中，还包括：第二1/4波片，定位于所述第一光相控调制器的光路上游，用以接收源自于所述第二FSO通信装置的圆偏的第二光信号，并将其转换为线偏的第二光信号，而后使其入射至所述第一光相控调制器。

在一些实施例中，所述第一光接收单元包括信号信标光分束器，其定位于所述第一光相控调制器的光路下游，用以接收从所述第一光相控调制器入射的第二光信号，并且将所述第二光信号分束成第二信标光和第二信号光。

在一些实施例中，还包括第一信标光检测单元，其用于对所述第二信标光进行检测，以获得与所述第一FSO通信装置的光接收有关的本端偏差量信息；所述第一光相控调制器适于基于所述本端偏差量信息，来调整所述第二光信号到所述第一光接收单元的光入射方向。

在一些实施例中，所述第一光信号仅包括第一信标光，以及所述第二光信号仅包括第二信标光。

在一些实施例中，所述第一光相控调制器是液晶覆硅LCOS。

根据本公开的第三方面，提供了一种FSO通信系统。该系统包括根据第一方面所述的第一FSO通信装置。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：

图1示出了现有技术的FSO通信系统的跟瞄控制系统的结构图。

图2示出了现有技术的另一FSO通信系统的跟踪控制结构图。

图3示出了根据本公开的第一示例实施例的FSO通信系统的示意性结构图。

图4示出了根据本公开的第二示例实施例的FSO通信系统的示意性结构图。

图5示出了由本公开的第一FSO通信装置(或第一FSO端)执行的FSO通信方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。

如背景技术所描述的，传统的APT一般采用机械控制的方式。譬如，专利公开号CN110233664A公开了一种无线光通信的跟瞄控制系统及跟瞄控制方法，其系统结构如图1所示，接收端通过CCD接收传感单元获取接收信号的强度，根据信号强度同时结合GPS位置信息，经算法实时计算分析收发两端的对准偏差量，通过GPRS无线通信模块将偏移量反馈传输至发送端，发送端伺服控制处理单元在接收到对端传输的偏移量信息后，根据反馈控制算法，对应控制二维伺服转台和压电微动平台进行精密调节，高速实时改变发射光的出射方向，完成收发两端的对准和跟瞄，使接收端光信号能保持稳定。从以上的描述可知，这种系统利用了机械式的二维伺服转台和压电微动平台作为跟踪控制单元。

又譬如，专利公开号CN106767543B公开了一种基于四象限探测器的光斑对准方法，如图2所示，入射光束1通过透镜组件2、4聚焦到四象限探测器5的光敏面上，四象限探测器5将接收到的光信号转换为四路电信号经放大电路6放大，并传输给信号处理单元7和显示屏9，放大后的四路信号在信号处理单元7内依次进行A/D转换、卡尔曼滤波处理；对处理后的四路信号进行自适应阈值判断，根据判断结果控制云台8动作，从而调整入射光束的位置，实现入射光斑的对准。从以上描述可知，该方法采用了机械式的云台作为跟踪控制单元。

然而，上述传统APT技术的普遍问题在于：机械控制方式存在稳定性问题，长时间工作下控制精度无法稳定保障；同时采用机械部件控制振镜方式，APT模块体积相对较大。

本公开的目的在于提供一种改进的用于FSO通信的APT技术，其不采用机械方式进行控制，从而可以避免机械控制长期稳定性差、精度无法保证的问题，同时可以有助于集成化、小型化。为此，本公开首次提出了使用光相控调制器来进行入射光束和/或出射光束的APT控制的构思。作为示例，该光相控调制器可以是液晶覆硅(LCOS)。容易理解，其他适于进行光相控的调制器均在本公开的范围之内。

图3示出了根据本公开的第一示例实施例的FSO通信系统的示意性结构图。如图3所示，该FSO通信系统100可以包括彼此进行自由空间光通信的第一FSO通信装置100(或“第一FSO端”)和第二FSO通信装置200(或“第二FSO端”)。可以理解，第一FSO通信装置100和第二FSO通信装置200可以相同或不同。为了方便起见，下面仅示出了具有相同结构的第一FSO通信装置100和第二FSO通信装置200的示例，并且仅将重点放在第一FSO通信装置100的描述上。

第一FSO通信装置100可以包括第一光发射单元210、第一光接收单元220和第一光相控调制器230、第一光检测单元240和第一收发端口250。

如图3所示的，第一光发射单元210可以包括信标光发射单元211和信号光发射单元212，其中信标光发射单元211适于发射信标光，而信号光发射单元212适于发射信号光。作为示例，信标光发射单元211和信号光发射单元212可以均是激光器。如后面的描述将会理解的，本公开所使用的信标光可以被复用，以进行低速通信，来反馈接收端的光束对准偏差量；而信号光可以用于高速的光通信。一般而言，信标光和信号光两者的波长是不同的，这有助于对信标光和信号光两者进行分束处理。作为示例，信号光的波长例如可以为1550nm，信标光的波长可以为800nm。

第一光相控调制器230设置在第一光发射单元210的光路下游，其用于对光束的传输方向进行操纵。作为典型示例，其例如可以是LCOS(液晶覆硅)。通常而言，LCOS典型地被用于诸如电视机、投影仪等的应用中，其原理是通过对LCOS进行不同电压调制，使得LCOS液晶分子产生不同角度的偏转，从而在相邻像素区域形成相位差，通过光栅衍射效应改变入射光经LC0S芯片后的出射方向。然而，据发明人所知，目前尚未有诸如LCOS的光相控调制器230在FSO通信系统中的任何应用。

在一些实施例中，第一光相控调制器230有单偏(即，以线偏光)工作的要求。因此，上述第一光发射单元210还可以进一步包括起偏器/合束器213，其中起偏器/合束器213可以是起偏器和合束器两者的组合。在一些实施例中，起偏器/合束器213可以允许信号光和信标光两者先合束形成第一光信号，然后再对第一光信号进行起偏，以产生线偏的第一光信号。在又一些实施例中，起偏器/合束器213可以先分别针对信号光和信标光两者进行起偏，再将线偏的信号光和信标光合束，以形成线偏的第一光信号。诸如LCOS的第一光相控调制器230可以接收线偏的第一光信号。

容易理解，通过控制第一光相控调制器230的工作电压，可以控制第一光信号的偏转方向，从而控制第一光信号去往第二FSO通信装置的光发射方向。

从第一光相控调制器230出射的第一光信号可以经由第一收发端口250发往第二FSO通信装置300。在一些实施例中，第一收发端口250例如可以包括缩放束单元252，后者例如可以包括准直透镜、望远镜头等，由此从第一光相控调制器230出射的第一光信号可以经由缩放束单元252发往第二FSO通信装置300。在一些实施例中，第一收发端口250还可以包括收发分束单元251，该收发分束单元251的有利之处在于可以使得收发光束在该器件沿不同光路分离，从而方便信号的处理。在图3的示例实施例中，从第一光相控调制器230出射的第一光信号由此将经由收发分束单元251、缩放束单元252而发往第二FSO通信装置300。容易理解，在其他实施例中，使得收发两个光束使用各自独立的器件、沿各自独立的路径进行处理也是可能的，此时，收发分束单元251则是可省略的。然而，为了减少光器件的数目，收发两个光束共用收发分束单元251和缩放束单元252显然是有利的。

与此同时，第一收发端口250也接收来自第二FSO通信装置300的第二光信号。类似于第一FSO通信装置所发射的第一光信号，第二光信号可以包括第二信号光和第二信标光两者。在一些实施例中，第二光信号可以经由第一收发端口250入射至第一光接收单元220。

第一光接收单元220可以包括光接收器件221，例如光纤或光电探测器，用于实现对来自第二FSO通信装置300的第二光信号中的第二信号光的耦合接收或探测。在一些实施例中，第一光接收单元220还可以进一步地包括信号信标分束器222，其用于对第二光信号中的第二信号光和第二信标光进行分束，从而方便地分离第二信号光和第二信标光两者，以便进行后续的处理。

第一光检测单元240可以用于检测上述经分束的第二信标光。容易理解，不管是第一信标光还是第二信标光，它们在第一FSO装置和第二FSO装置之间进行传输时，它们本身的传输方向偏移会反映第一FSO装置和第二FSO装置之间的光通信的对准偏差。根据本公开的设计，一旦在本端通过检测信标光而获得上述对准偏差量，本端可以将该对准偏差量调制到其所发射的信标光上，然后发射至对端。因此，根据本公开设计的信标光还起到了在FSO通信两端相互反馈上述对准偏差量的作用。

注意：本文中所提及的术语“本端”(包括“本端偏差量”)以及“对端”(包括“对端偏差量”)既可以指代第一FSO通信装置，又可以指代第二FSO通信装置，它们的使用取决于是从第一FSO通信装置，还是从第二FSO通信装置的角度而言。例如，如果从第一FSO通信装置的角度，则第一FSO通信装置为本端，与第一FSO通信装置的光接收有关的对准偏差量为本端偏差量，而第二FSO通信装置为对端，与第二FSO通信装置的光接收有关的对准偏差量为对端偏差量，反之亦然。

在一些实施例中，第一光检测单元240可以包括信标光检测单元242和位置偏差检测单元241。信标光检测单元242可以用于对经分束的第二信标光的特性(例如，光强)进行检测(例如，分析光斑质心)，以获得检测结果，和/或对被调制在第二信标光上的信息进行解码，以获得与所述第二FSO通信装置的光接收有关的对端偏差量。作为示例，信标光检测单元242可以采用CCD相机或四象限探测器。

位置偏差检测单元242可以执行以下两种功能：

a)接收上述对端偏差量信息，基于对端偏差量，生成APT控制信号，对第一空间光调制器230施加对应的控制电压，以便对去往第二FSO通信装置300的出射光束进行偏转调整。

b)接收信标光检测单元242对第二信标光的检测结果，通过相应算法计算出光束对准的本端偏差量，将本端偏差量提供给第一信标光发射单元211，以便第一信标光发射单元211将本端偏差量调制到其所要发射的第一信标光上。

尽管上面的实施例描述了使用信标光检测单元242和位置偏差检测单元241两个器件，但在一些实施例中，可以仅使用信标光检测单元242来实现信标光检测单元242和位置偏差检测单元241两者的功能。

通过上面的描述，容易理解，上面a)中的对端偏差量即反映了第二FSO通信装置(即，对端)的接收对准偏差，而第二FSO通信装置的对准偏差可以通过调整第一FSO通信装置(即，本端)的光发射方向来补偿，因此当使用第一FSO通信装置内的第一空间光调制器230进行出射方向的调整时，也即实现了在发端进行APT控制。

上面b)中的本端偏差量反映了第一FSO通信装置(即，本端)的接收对准偏差。该本端偏差量可以随同第一信标光而发射至第二FSO装置，从而实现了本端偏差量到对端的反馈。

上述第二FSO装置300可以以类似于第二FSO装置200的方式进行操作，不再赘述。

利用图3的示例实施例，可以理解，在FSO通信过程中，FSO通信系统的两端均可以不断收到对端经由信标光反馈过来的对准偏差量信息，该对准偏差量信息即反映了大气湍流、或光源本身抖动等对光接收的影响，而两端可以根据所反馈的对准偏差量信息对其光发射方向进行调整，从而实现稳定的FSO光通信。

图4示出了根据本公开的第二示例实施例的FSO通信系统的示意性结构图。如图4所示，该FSO通信系统400可以包括彼此进行自由空间光通信的第一FSO通信装置500(或“第一FSO端”)和第二FSO通信装置600(或“第二FSO端”)。可以理解，第一FSO通信装置500和第二FSO通信装置600可以相同或不同。为了方便起见，下面仅以具有相同结构的第一FSO通信装置500和第二FSO通信装置600作为示例示出，并且仅将重点放在第一FSO通信装置500的描述上。

第一FSO通信装置500可以至少包括第一光发射单元510、第一光接收单元520和第一光相控调制器530、第一光检测单元540和第一收发端口550。

如图4所示的，类似于图3的实施例，第一光发射单元510可以包括信标光发射单元511、信号光发射单元512，其中信标光发射单元511适于发射信标光，而信号光发射单元512适于发射信号光。作为示例，信标光发射单元511、信号光发射单元512可以均是激光器。一般而言，信标光和信号光两者的波长是不同的，这有助于对信标光和信号光两者进行分束处理。作为示例，信号光的波长例如可以为1550nm，信标光的波长可以为800nm。然而，这并非限制，在一些实施例中，信标光和信号光两者的波长相同也是可能的。

然而，与图3的实施例不同的是，第一光发射单元510可以进一步包括1/4波片/合束器513，其中1/4波片的作用在于将信标光发射单元511和信号光发射单元512两者所发射的光均转换为圆偏光，以形成圆偏的第一信号光。这里，1/4波片/合束器513可以是第一1/4波片和合束器两者的组合。在一些实施例中，1/4波片/合束器513可以允许信号光和信标光两者先合束形成第一光信号，然后再对第一光信号进行偏振态调制，以产生圆偏的第一光信号。在又一些实施例中，1/4波片/合束器513可以先分别针对信号光和信标光两者进行偏振态调制，再将圆偏的信号光和圆偏的信标光合束，以形成圆偏的第一光信号。特别地，在一些实施例中，为了更好地产生圆偏光，还可以在信标光发射单元511和信号光发射单元512两者与1/4波片/合束器513之间分别设置一个起偏器514，以产生偏振方向更为纯化的线偏光。与使用线偏光在FSO通信系统两端进行传输的图3的实施例相比，圆偏光经大气传输后仍能保持圆偏特性，故可以更为不受大气的影响，由此更为稳定。

上述圆偏的第一信号光可以经由第一收发端口550发往第二FSO通信装置600。在一些实施例中，第一收发端口550例如可以包括缩放束单元551，后者例如可以包括准直透镜、望远镜头等，由此从第一光发射单元510出射的圆偏的第一光信号可以经由缩放束单元551发往第二FSO通信装置600。在一些实施例中，第一收发端口550还可以包括收发分束单元552，该收发分束单元552的有利之处在于可以使得光束的收发在该器件进行分束，从而方便信号的处理。在图4的示例实施例中，从第一光发射单元510出射的圆偏的第一光信号可以由此经由收发分束单元552、缩放束单元551而发往第二FSO通信装置600。容易理解，在其他实施例中，使得收发两个光束使用各自独立的器件、沿各自独立的路径进行处理也是可能的，此时，收发分束单元552则是可省略的。然而，为了减少光器件的数目，收发两个光束共用收发分束单元552和缩放束单元551显然是有利的。

与此同时，第一收发端口550也接收来自第二FSO通信装置600的第二光信号。类似于第一FSO通信装置所发射的圆偏的第一光信号，第二FSO通信装置600的第二光信号也是圆偏的，其可以包括圆偏的第二信号光和第二信标光两者。在一些实施例中，第二光信号可以经由第一收发端口550入射至第一光相控调制器530。

第一光相控调制器530设置在第一光发射单元520和第一收发端口550之间，用于对光束的传输方向进行操纵。在一些实施例中，第一光相控调制器530有单偏(即，以线偏光)工作的要求。因此，第一FSO通信装置500还可以包括第二1/4波片560，其可以设置在第一收发端口550和第一光相控调制器530之间，用于将第一收发端口550所接收的圆偏的第二光信号转换为线偏的第二光信号。通过向第一光相控调制器530施加电压，可以控制第二光信号经由第一光相控调制器530到第一光发射单元520的光入射方向。

第一光接收单元520包括光接收器件521，例如光纤或光电探测器，用于实现对来自第二FSO通信装置600的第二光信号中的第二信号光的耦合接收或探测。在一些实施例中，第一光接收单元520还可以进一步地包括信号信标分束器522，其用于对第二光信号中的第二信号光和第二信标光进行分束，从而方便地分离第二信号光和第二信标光两者，以便进行后续的处理。

第一光检测单元540可以用于检测上述经分束的第二信标光，以获得与所述第一FSO通信装置的光接收有关的本端偏差量。作为示例，第一光检测单元540可以为CCD或四象限探测器，其例如可以探测第二信标光的光强或者分析第二信标光的光斑质心)。

第一光相控调制器530可以基于上述本端偏差量来调整第二光信号到第一光接收单元520的入射方向。也就是说，与图3的实施例相比，可以在收端实现APT控制。

以上已经详细地描述了本公开的基于诸如LCOS的光相控调制器的FSO通信系统的APT。容易理解，本公开的基于光相控实现的FSO系统的APT控制具有以下优点：1)上述图3的实施例的固态相控，稳定性好，这是因为：复用的信标光可以用于传输对端的对准偏差量，在光束进入大气传输前利用LCOS进行相控调制，可以使得诸如LCOS的光相控不受单模工作模式的限制，保证APT控制的稳定性；而在使用1/4波片对偏振态进行调制的图4的实施例中，可以利用圆偏光经大气传输保持圆偏的特性，在收端将偏振态恢复成偏振态确定的线偏光，满足诸如LCOS的光相控的单偏工作要求；2)采用诸如LCOS的光相控，集成性好，可以与半导体工艺高度集成，体积小。

下面将参考图5来简单地描述由本公开的第一FSO通信装置(或第一FSO端)执行的FSO通信方法的流程图。将会理解，作为第一FSO通信装置的对端的第二FSO通信装置可以类似地步骤进行，因此不再赘述。

如图5所示，在框710，从第一FSO通信装置向第二FSO通信装置发送第一光信号。在框720，第一FSO通信装置接收来自所述第二FSO通信装置的第二光信号。

在一些实施例中，第一光信号可以包括第一信标光和第一信号光；第二光信号可以包括第二信标光和第二信号光。然而，这并非限制，在其他实施例中，第一光信号仅包括第一信标光，以及第二光信号仅包括第二信标光，也是可能的。这种情况譬如可以适用于采用信标光进行预对准的FSO通信方案中。

在一些实施例中，接收源自于所述第二FSO通信装置的第二光信号可以包括：经由信号信标分束器对所接收的所述第二光信号进行分束，以形成经分束的第二信标光和第二信号光；以及对经分束的所述第二信标光进行检测。

如前所述的，对FSO通信装置的APT控制可以在发端，也可以在收端进行。对于发端APT控制或收端APT控制，可以有不同的操作。

譬如，在发端进行APT控制的一些实施例(例如，图3的实施例)中，框710还可以包括：基于对第二信标光的检测，来确定与所述第一FSO通信装置的光接收有关的本端偏差量；将所述本端偏差量调制到所述第一信标光中；将经调制的所述第一信标光与所述第一信号光两者进行组合，以形成所述第一光信号；以及将所述第一光信号经由所述第一光相控调制器发送至所述第二FSO通信装置。

而在收端进行APT控制的一些实施例(例如，图4的实施例)中，框710还可以包括：将所述第一信标光和所述第一信号光两者的偏振态进行调整，以形成圆偏的第一光信号；以及将所述圆偏的第一光信号发送至所述第二FSO通信装置。进一步地，框720还可以包括：接收源自于所述第二FSO通信装置的作为圆偏光的所述第二光信号；将所述第二光信号转换为线偏的第二光信号；将线偏的所述第二光信号入射至所述第一光相控调制器；以及经由第一光相控调制器来接收线偏的所述第二光信号。

在框730，基于所述第二光信号，使用所述第一FSO通信装置内的第一光相控调制器执行以下操作中的至少一者：a)调整所述第一光信号去往所述第二FSO通信装置的光发射方向，以及b)调整所述第二光信号到所述第一FOS通信装置内的第一光接收单元的光入射方向，其中所述第一光相控调制器定位于所述第一光接收单元的光路上游。

上述a)的操作意味着在发端进行APT控制。此时，框730可以进一步包括：基于对所述第二信标光的检测，来获得与所述第二FSO通信装置的光接收有关的对端偏差量信息；以及可以基于所述对端偏差量信息，使用所述第一FSO通信装置内的第一光相控调制器来调整所述第一光信号去往所述第二FSO通信装置的光发射方向。

上述b)的操作意味着在收端进行APT控制。此时，框730可以进一步包括：基于对所述第二光信号中的所述第二信标光的检测，来获得与所述第一FSO通信装置的光接收有关的本端偏差量信息；以及基于所述本端偏差量信息，使用所述第一FSO通信装置内的第一光相控调制器来调整所述第二光信号到所述第一光接收单元的光入射方向。

容易理解，通过上述a)和b)操作中的至少一者，可以实现对FSO通信装置的APT控制。本公开的APT控制方案稳定性好、集成性好、而且体积小。

以上已经详细地描述了本公开的各个实施方式。将会理解，上述实施方式仅为是说明性的或示例性的，而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施方式。本领域技术人员在实践所请求保护的发明中，通过研究附图、公开和所附权利要求可以理解并且实践所公开的实施方式的其它变型。

此外，应当理解，上面描述的流程也仅仅是示例。尽管说明书中以特定的顺序描述了方法的步骤，但是这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果，相反，描绘的步骤可以改变执行顺序。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。

在权利要求中，词语“包括”并不排除其它元件，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其它单元可以满足在权利要求中阐述的多个项目的功能。仅在互不相同的实施例或从属权利要求中记载某些特征的仅有事实，并不意味着不能有利地使用这些特征的组合。在不脱离本申请的精神和范围的情况下，本申请的保护范围涵盖在各个实施例或从属权利要求中记载的各个特征任何可能组合。

此外，在权利要求中的任何参考标记不应被理解为限制本发明的范围。

Claims (23)

1.一种第一自由空间光FSO通信装置执行的FSO通信方法，其特征在于，包括：

所述第一FSO通信装置向第二FSO通信装置发送第一光信号；

所述第一FSO通信装置接收来自所述第二FSO通信装置的第二光信号；以及

基于所述第二光信号，使用所述第一FSO通信装置内的第一光相控调制器执行以下操作中的至少一者：

a)调整所述第一光信号去往所述第二FSO通信装置的光发射方向，或者

b)调整所述第二光信号到所述第一FOS通信装置内的第一光接收单元的光入射方向。

2.根据权利要求1所述的FSO通信方法，所述第一光信号包括第一信标光和第一信号光，以及所述第二光信号包括第二信标光和第二信号光。

3.根据权利要求2所述的FSO通信方法，其中接收源自于所述第二FSO通信装置的第二光信号包括：

经由信号信标分束器对所接收的所述第二光信号进行分束，以形成经分束的第二信标光和第二信号光；以及

对经分束的所述第二信标光进行检测。

4.根据权利要求2或3所述的FSO通信方法，其中调整所述光发射方向包括：

基于对所述第二信标光的检测，来获得与所述第二FSO通信装置的光接收有关的对端偏差量信息；以及

基于所述对端偏差量信息，使用所述第一FSO通信装置内的第一光相控调制器来调整所述第一光信号去往所述第二FSO通信装置的光发射方向。

5.根据权利要求4所述的FSO通信方法，其中从第一FSO通信装置向第二FSO通信装置发送第一光信号包括：

基于对所述第二信标光的检测，来确定与所述第一FSO通信装置的光接收有关的本端偏差量；

将所述本端偏差量调制到所述第一信标光中；

将经调制的所述第一信标光与所述第一信号光两者进行组合，以形成所述第一光信号；以及

将所述第一光信号经由所述第一光相控调制器发送至所述第二FSO通信装置。

6.根据权利要求2或3所述的FSO通信方法，其中调整所述光入射方向包括：

基于对所述第二光信号中的所述第二信标光的检测，来获得与所述第一FSO通信装置的光接收有关的本端偏差量信息；以及

基于所述本端偏差量信息，使用所述第一FSO通信装置内的第一光相控调制器来调整所述第二光信号到所述第一光接收单元的光入射方向。

7.根据权利要求6所述的FSO通信方法，其中从第一FSO通信装置向第二FSO通信装置发送第一光信号包括：

将所述第一信标光和所述第一信号光两者的偏振态进行调整，以形成圆偏的第一光信号；以及

将所述圆偏的第一光信号发送至所述第二FSO通信装置。

8.根据权利要求6所述的FSO通信方法，其中接收所述第二光信号包括：

接收源自于所述第二FSO通信装置的作为圆偏光的所述第二光信号；

将所述第二光信号转换为线偏的第二光信号；

将线偏的所述第二光信号入射至所述第一光相控调制器；以及

经由第一光相控调制器来接收线偏的所述第二光信号。

9.根据权利要求8所述的FSO通信方法，其中所述信号信标分束器位于所述第一光相控调制器的光路下游，用于接收源自于第一光相控调制器的所述第二光信号。

10.根据权利要求1所述的FSO通信方法，所述第一光信号仅包括第一信标光，以及所述第二光信号仅包括第二信标光。

11.根据权利要求1-3、5和7-10中任一项所述的FSO通信方法，其中所述第一光相控调制器是液晶覆硅LCOS。

12.一种第一自由空间光FSO通信装置，其特征在于，包括：

第一光发射单元，用于向第二FSO通信装置发送第一光信号；

第一光接收单元，用于接收源自于所述第二FSO通信装置的第二光信号；以及

第一光相控调制器，其设置于所述第一光发射单元的光路下游，用以基于所接收的所述第二光信号，来调整所述第一光信号的光发射方向；或者设置于所述第一光接收单元的光路上游，用以基于所接收的所述第二光信号，来调整所述第二光信号到所述第一光接收单元的光入射方向。

13.根据权利要求12所述的第一FSO通信装置，其中所述第一光信号包括第一信标光和第一信号光，以及所述第二光信号包括第二信标光和第二信号光。

14.根据权利要求13所述的第一FSO通信装置，其中在所述第一光相控调制器设置于所述第一光发射单元的光路下游的情况下，所述第一光发射单元包括：

第一信号光发射单元，用于发射第一信号光；

第一信标光发射单元，用于发射第一信标光；以及

合束器，用于合并所述第一信号光和第一信标光，以形成所述第一信号光，并将所述第一信号光入射至所述第一光相控调制器。

15.根据权利要求14所述的第一FSO通信装置，还包括第一光检测单元，

所述第一光检测单元用于基于对所述第二光信号中的第二信标光的检测，以确定与所述第二FSO通信装置的光接收有关的对端偏差量信息；

所述第一光相控调制器用于基于所述对端偏差量信息，来调整所述第一光信号去往所述第二FSO通信装置的光发射方向。

16.根据权利要求14所述的第一FSO通信装置，其中所述第一光检测单元还用于基于对所述第二光信号中的第二信标光的检测，以确定与所述第一FSO通信装置的光接收有关的本端偏差量；

所述第一信标光发射单元用于将所述本端偏差量调制到所述第一信标光中。

17.根据权利要求13所述的第一FSO通信装置，其中在所述第一光相控调制器设置于所述第一光接收单元的光路上游的情况下，所述第一光发射单元包括：

第一信号光发射单元，用于发射第一信号光；

第一信标光发射单元，用于发射第一信标光；以及

第一1/4波片，用于将所述第一信号光和第一信标光均转换为圆偏光，以形成圆偏的第一信号光。

18.根据权利要求17所述的第一FSO通信装置，还包括：

第二1/4波片，定位于所述第一光相控调制器的光路上游，用以接收源自于所述第二FSO通信装置的圆偏的第二光信号，并将其转换为线偏的第二光信号，而后使其入射至所述第一光相控调制器。

19.根据权利要求17所述的第一FSO通信装置，所述第一光接收单元包括信号信标光分束器，其定位于所述第一光相控调制器的光路下游，用以接收从所述第一光相控调制器入射的第二光信号，并且将所述第二光信号分束成第二信标光和第二信号光。

20.根据权利要求17至19中任一项所述的第一FSO通信装置，还包括第一信标光检测单元，其用于对所述第二信标光进行检测，以获得与所述第一FSO通信装置的光接收有关的本端偏差量信息；

所述第一光相控调制器适于基于所述本端偏差量信息，来调整所述第二光信号到所述第一光接收单元的光入射方向。

21.根据权利要求12所述的第一FSO通信装置，所述第一光信号仅包括第一信标光，以及所述第二光信号仅包括第二信标光。

22.根据权利要求11-19和21中任一项所述的第一FSO通信装置，其中所述第一光相控调制器是液晶覆硅LCOS。

23.一种FSO通信系统，其特征在于，包括根据权利要求12-22中任一项所述的第一FSO通信装置。

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